Reakcje redukcji utleniania lub „redoks” reprezentują jedną z głównych klasyfikacji reakcji chemicznych. Reakcje muszą koniecznie obejmować przenoszenie elektronów z jednego gatunku na inny. Chemicy nazywają utratę elektronów utlenianiem, a zysk elektronów redukcją. Bilansowanie równania chemicznego odnosi się do procesu dostosowania liczby każdego reagenta i produktu, tak aby związki po lewej i prawej stronie strzałki reakcji - odpowiednio reagenty i produkty - zawierały tę samą liczbę każdego rodzaju atomu . Proces ten stanowi konsekwencję pierwszej zasady termodynamiki, która stwierdza, że materii nie można ani tworzyć, ani niszczyć. Reakcje redoks posuwają ten proces o krok dalej, równoważąc również liczbę elektronów po każdej stronie strzałki, ponieważ podobnie jak atomy, elektrony posiadają masę i dlatego podlegają pierwszemu prawu termodynamiki.
Zapisz niezrównoważone równanie chemiczne na kartce papieru i zidentyfikuj gatunki utleniane i redukowane poprzez badanie ładunków na atomach. Weźmy na przykład niezrównoważoną reakcję jonu nadmanganianowego, MnO4 (-), gdzie (-) oznacza ładunek na jonie ujemnym i jon szczawianowy, C2O4 (2-) w obecności kwasu, H (+) : MnO4 (-) + C2O4 (2-) + H (+) → Mn (2+) + CO2 + H2O. Tlen prawie zawsze zakłada ładunek ujemny dwóch w związkach. Zatem MnO4 (-), jeśli każdy tlen utrzymuje ujemny ładunek dwa, a całkowity ładunek jest ujemny, to mangan musi wykazywać ładunek dodatniej siódemki. Węgiel w C2O4 (2-) podobnie wykazuje ładunek dodatniej trójki. Po stronie produktu mangan ma ładunek dodatni dwa, a węgiel dodatni cztery. Zatem w tej reakcji mangan ulega redukcji, ponieważ jego ładunek maleje, a węgiel utlenia się, ponieważ jego ładunek wzrasta.
Napisz osobne reakcje - zwane pół-reakcjami - dla procesów utleniania i redukcji i włącz elektrony. Mn (+7) w MnO4 (-) staje się Mn (+2), przyjmując pięć dodatkowych elektronów (7 - 2 = 5). Jakikolwiek tlen w MnO4 (-) musi jednak stać się wodą, H2O, jako produkt uboczny, a woda nie może tworzyć się z atomami wodoru, H (+). Dlatego protony, H (+) należy dodać po lewej stronie równania. Zrównoważona połowa reakcji staje się teraz MnO4 (-) + 8 H (+) + 5 e → Mn (2+) + 4 H2O, gdzie e oznacza elektron. Połowa reakcji utleniania staje się podobnie C2O4 (2-) - 2e → 2 CO2.
Zrównoważyć ogólną reakcję, upewniając się, że liczba elektronów w połowicznych reakcjach utleniania i redukcji jest równa. Kontynuując poprzedni przykład, utlenianie jonu szczawianowego, C2O4 (2-), obejmuje tylko dwa elektrony, podczas gdy redukcja manganu obejmuje pięć. W związku z tym całą połowę reakcji manganu należy pomnożyć przez dwa, a całą reakcję szczawianową należy pomnożyć przez pięć. Spowoduje to zwiększenie liczby elektronów w każdej połowie reakcji do 10. Dwie połowy reakcji stają się teraz 2 MnO4 (-) + 16 H (+) + 10 e → 2 Mn (2+) + 8 H2O i 5 C2O4 (2 -) - 10 e → 10 CO2.
Uzyskaj zrównoważone ogólne równanie, sumując dwie zrównoważone połówki reakcji. Należy zauważyć, że reakcja manganu obejmuje zysk 10 elektronów, podczas gdy reakcja szczawianowa obejmuje utratę 10 elektronów. Elektrony zatem ulegają skasowaniu. W praktyce oznacza to, że pięć jonów szczawianowych przenosi łącznie 10 elektronów do dwóch jonów nadmanganianowych. Po zsumowaniu ogólne zrównoważone równanie staje się 2 MnO4 (-) + 16 H (+) + 5 C2O4 (2-) → 2 Mn (2+) + 8 H2O + 10 CO2, co reprezentuje zrównoważone równanie redoks.